(57)【要約】      （修正有）【課題】２個のワークのみならず３個以上のワークを連続的に摩擦圧接したり、機械加工を組み合せることも可能な摩擦圧接機及び摩擦圧接並びに機械加工方法の提供を目的とする。【解決手段】ワークをチャック保持する回転チャック１１，２１を左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、少なくとも一方の回転チャックには、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段５０を有していることを特徴とする。【選択図】図１
2010269363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをチャック保持する回転チャックを左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、少なくとも一方の回転チャックには、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段を有していることを特徴とする摩擦圧接機。
【請求項２】
ワークをチャック保持する回転チャックを左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、少なくとも一方の回転チャックには、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段を有し、
いずれか一方の回転チャックにてワークＷ１をチャック固定し、前記ワーク保持手段にてワークＷ２を保持し、当該一方の回転チャックを回転駆動制御し、且つ当該回転チャック又はワーク保持手段をＺ軸方向に送り押圧制御することでワークＷ１をワークＷ２の一方の面に摩擦圧接し、
次に又は同時に、他方の回転チャックにてワークＷ３をチャック固定し、当該他方の回転チャックを回転駆動及び送り押圧制御することでワークＷ２の他方の面にワークＷ３を摩擦圧接することを特徴とする摩擦圧接方法。
【請求項３】
ワークをチャック保持する回転チャックを左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、少なくとも一方の回転チャックには、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段を有し、
且つ少なくとも一台の刃物台を有し、
いずれか一方の回転チャックにてワークＷ１をチャック固定し、他方の回転チャックにてワークＷ２をチャック固定し、一方の回転チャックを回転駆動し、他方の回転チャックを静止し、送り押圧制御することでワークＷ１とＷ２とを摩擦圧接し、
当該摩擦圧接接合したワークＷ１・Ｗ２を一方の回転チャックに引き渡し、前記ワーク保持手段にてワークＷ１・Ｗ２の端面をセンター保持しつつ、刃物台に設けたツールにて機械加工することを特徴とするワークの摩擦圧接及び機械加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のワーク同士を摩擦圧接接合するための摩擦圧接機及び、これを用いた摩擦圧接及び機械加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワーク同士の接合面に回転摩擦力を生じさせ、この回転摩擦で生じた熱エネルギーを利用し、押圧固相接合する摩擦圧接法は公知である（特許文献１）。
しかし、従来の摩擦圧接機では、２つのワークを接合することができても３つ以上のワークを同時に又は連続的に摩擦圧接したり、機械加工できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７２８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、２個のワークのみならず３個以上のワークを同時に又は連続的に摩擦圧接したり、機械加工を組み合せることも可能な摩擦圧接機及び摩擦圧接並びに機械加工方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る摩擦圧接機は、ワークをチャック保持する回転チャックを左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、少なくとも一方の回転チャックには、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段を有していることを特徴とする。
ここで対向配置した回転チャックに回転駆動制御手段と、その少なくとも一方に据え込み力及びアプセット力の摩擦圧接に必要な押圧力が生じる送りモーターとを備えたことにより、いずれか一方の回転チャックにてワークＷ１をチャック固定し、前記ワーク保持手段にてワークＷ２を保持し、当該一方の回転チャックを回転駆動制御し、且つ当該回転チャック又はワーク保持手段をＺ軸方向に送り押圧制御することでワークＷ１をワークＷ２の一方の面に摩擦圧接し、次に又は同時に、他方の回転チャックにてワークＷ３をチャック固定し、当該他方の回転チャックを回転駆動及び送り押圧制御することでワークＷ２の他方の面にワークＷ３を摩擦圧接することもできる。
なお、据え込み力とは、回転摩擦時に必要な発熱量が生じるように押圧する力をいい、アプセット力とは、接合面が溶融し、その後に固相接合が生じるように押圧する力をいう。
【０００６】
また、請求項３記載に係るワークの摩擦圧接及び機械加工方法は、ワークをチャック保持する回転チャックを左右に対向配置し、当該左右の回転チャックは、当該回転チャックを回転駆動制御する主軸モーターと、溶融圧接時に必要な据え込み力とアプセット力とが生じるように制御された送りモーターとを有し、対向する回転チャックの間にワーク保持手段を有し、且つ少なくとも一台の刃物台を有し、いずれか一方の回転チャックにてワークＷ１をチャック固定し、他方の回転チャックにてワークＷ２をチャック固定し、一方の回転チャックを回転駆動し、他方の回転チャックを静止し、送り押圧制御することでワークＷ１とＷ２とを摩擦圧接し、当該摩擦圧接接合したワークＷ１・Ｗ２を一方の回転チャックに引き渡し、前記ワーク保持手段にてワークＷ１・Ｗ２の端面をセンター保持しつつ、刃物台に設けたツールにて機械加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、主軸モーターと少なくとも一方に送りモーターとを備えた回転チャックを対向配置し、その間にワーク保持手段、さらには刃物台を備えたので３個のワークを同時に又は連続的に摩擦圧接でき、また刃物台で摩擦圧接前の端面加工や摩擦圧接後の機械加工ができる。
さらには、ワーク保持手段にてワークの端面をセンター保持すると、長尺材の機械加工が可能になる。
また、対向する回転チャック間でワークの引き渡しが可能であることから、ミーリング加工等において複数のワークの位相決めも容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】３個のワークを摩擦圧接する手順例を示す。
【図２】長尺材を摩擦圧接及び機械加工する手順例を示す。
【図３】摩擦圧接後に引張り強度試験を行う例を示す。
【図４】摩擦圧接後に接合部を切削評価する例を示す。
【図５】３個以上のワークを機械加工及び摩擦圧接する手順例を示す。
【図６】本発明に係る摩擦圧接機の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る摩擦圧接機の構成例を図６に基づいて説明する。
ベース１の上の左側にＬ側主軸２０とこの主軸モーターにより回転駆動制御されたＬ側チャック２１を有する。
Ｌ側主軸と軸線が一致するように右側にＲ側主軸１０を対向配置し、この主軸モーターにはＲ側チャック１１が回転駆動制御されている。
本実施例では、Ｒ側主軸１０がＲ側送りモーター１２とボールネジ１３とにてＺ軸方向に移動制御された例になっている。
左右対向配置した２つの主軸は少なくとも一方がＺ軸方向に位置制御された送りモーターを有すればよい。
なお、本明細書においては、主軸の軸線方向をＺ軸、ベース面に平行でＺ軸と直角方向をＸ軸、ベース面に垂直方向をＹ軸と表現する。
Ｒ側送りモーター１２はサーボモーターになっていて、摩擦圧接接合工程において据え込み圧力とアプセット力（押圧力）が得られるようにサーボ制御されている。
【００１０】
Ｌ側主軸２０とＲ側主軸１０との軸線上より図６の紙面上側には第１タレット３１を有する第１刃物台３０を備える。
第１刃物台３０は、ボールネジ３２ａを介してＺ軸方向移動制御する送りモーター３２と、主軸線と直交する方向から主軸線に向けてＸ軸方向送り位置制御する送りモーター３３及びＹ軸方向位置制御する送りモーター３４を有している。
第１タレット３１は旋回割り出し装置３５により割り出し可能になっている。
【００１１】
同様に主軸線の下側には第２タレット４１を有する第２刃物台４０が備えられている。
第２刃物台４０もボールネジ４２ａを有する送りモーター４２、送りモーター４３，４４にてそれぞれＺ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置が制御されている。
また、第２タレット４１は、旋回割り出し装置４５により割り出し可能になっている。
なお、本実施例では２組のタレットからなる２タレットタイプを示したが、１タレットタイプ、３タレットタイプや４タレットタイプでもよい。
また、刃物台はＢ軸廻り制御された刃物台が備えられていてもよい。
【００１２】
次に図１に基づいて３個のワークを同時又は連続的に摩擦圧接する例を説明する。
第１のワークＷ１をＬ側チャック２１にチャック固定し、刃物台４０に取り付けたワーク保持手段としてのワーク保持具５０に第２のワークＷ２をチャック保持する。
Ｌ側主軸２０を主軸モーターで回転させ、刃物台４０をＬ側主軸２０に向けたＺ軸方向に送りモーターで送り込み、据え込み力を加える。
これにより、Ｗ１とＷ２との接触面は摩擦により発熱し、金属が軟化溶融する。
所定の状態まで局部溶融した時点でＬ側主軸２０の回転を停止し、刃物台４０にてＺ軸方向のアプセット力を加えることでＷ１とＷ２との接触面が固相接合する。
この際にＲ側主軸１０のＲ側チャック１１に第３のワークＷ３をチャック固定し、ワークＷ３をワークＷ２の背面に押付け、Ｒ側主軸１０の回転制御によりワークＷ２とＷ３との接触面に摩擦熱を発熱させ、Ｒ側主軸１０にＲ側送りモーター１２にて、所定の据え込み力とアプセット力を加圧することでワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３を同時に摩擦圧接接合することができる。
なお、ワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３を同時に摩擦圧接してもよいが、図１（ｂ）に示すようにワークＷ２の一方向の面にワークＷ１を摩擦圧接した後に連続的にＲ側主軸１０を用いてワークＷ２の他の面にワークＷ３を摩擦圧接してもよい。
また、本実施例はＲ側主軸１０にＺ軸方向の送りモーター１２を設けた例で説明したが、Ｌ側主軸２０にもＺ軸方向の送りモーターを備えると、刃物台４０に取り付けたワーク保持具５０にワークＷ２を保持固定し、両側から対向する主軸２０，１０にてワークＷ２を挟み込むように摩擦圧接することも可能になる。
【００１３】
次に図２に基づいて、ワークの摩擦圧接と旋削や切削等の機械加工を組み合せた例を説明する。
Ｌ側チャック２１にワークＷ１をチャックし、Ｒ側チャック１１にワークＷ２をチャックし、Ｌ側主軸２０を回転駆動制御し、Ｒ側主軸１０の回転を停止した状態でＲ側送りモーターのサーボ制御により、据え込み力を加えて摩擦熱を生じさせ、次いでＬ側主軸２０の回転を停止し、アプセット力を加えることでワークＷ１とＷ２とを摩擦圧接する。
本発明に係る摩擦圧接機においては第１タレット３１を有した第１刃物台３０を備えているので、接合したワークＷ１・Ｗ２を例えばＬ側チャック２１に引き渡し、バイトツール３６にて旋削したり、ドリルツール、ミーリングツール３７等にて切削加工を行うことができる。
また、ワークＷ１・Ｗ２が長尺である場合には、図２（ｄ）に示すようにワーク保持手段にワークセンターピン５１を取り付けて、長尺ワークＷ１・Ｗ２の端面をセンター押し保持しつつ、ツール３６，３７にて機械加工することができる。
これにより、ワークの全長管理や、ミーリング加工する際のワークＷ１とＷ２との位相決めも容易になる。
【００１４】
図３に摩擦圧接したワークの評価例を示す。
Ｌ側チャック２１にワークＷ１をチャックし、Ｒ側チャック１１にワークＷ２をチャックし、２タレットタイプであればバイトツール３６，４６にて左右のワークＷ１，Ｗ２の接合面を調整し、図３（ｂ）に示すようにワークＷ１とＷ２とをこれまで説明した方法と同様にして摩擦圧接する。
本発明に係る摩擦圧接機においては、Ｒ側主軸１０がＺ軸方向に送り制御されているので、図３（ｃ）に示すように引張り力Ｆを加えることで接合面の接合力を評価することができる。
また、図４（ｃ）に示すように、接合部にミーリングツール３８にて切削面を形成し、図４（ｅ）に示すように接合部の金属組織を観察評価することもできる。
【００１５】
図５には、機械加工と摩擦圧接とを相互に連続的に行う例を示す。
Ｌ側チャック２１にワークＷ１をチャックし、Ｒ側チャック１１にワークＷ２をチャックし、刃物台３０，４０に取り付けたツール３６等にて必要に応じて接合面の機械加工を行い、ワークＷ１とＷ２とを図５（ｂ）に示すように摩擦圧接する。
摩擦圧接したワークＷ１・Ｗ２は、Ｒ側チャック１１に引き渡し、Ｌ側チャック２１に次のワークＷ３をチャックし、必要に応じてバイトツール３６等にて接合面を加工調整し、図５（ｄ）に示すようにワークＷ３を連続的にＷ１に摩擦圧接できる。
このようにして３個以上のワークを機械加工と摩擦圧接をしながら連続的に接合することもできる。
【符号の説明】
【００１６】
１０      Ｒ軸主軸
１１      Ｒ側チャック
１２      Ｒ側送りモーター
２０      Ｌ側主軸
２１      Ｌ側チャック
３０      第１刃物台
３１      第１タレット
４０      第２刃物台
４１      第２タレット
【図１】
2010269363.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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